KRAUTKRAMER机载表面波探伤仪在高速钢轧辊检测中的应用

　　高速钢轧辊具有许多优良的特性,在轧钢行业得到越来越广泛地使用。目前在宝钢2050热轧和1580热轧,F1-3机架的高速钢轧辊投入率都已达到了100%。但由于价格昂贵,高速钢轧辊的安全使用一直是人们关注的焦点。长期以来,对高速钢轧辊表面缺陷的检测大多采用人工表面波探伤和人工磁粉探伤,但这样的手动探伤作业效率低,劳动强度大,无法满足快速的生产节奏。为此,宝钢从日本KRAUTKRAMER公司引进了安装在磨床上的机载表面波探伤仪,弥补了之前无法对高速钢轧辊进行自动表面缺陷检测的不足。本文介绍了该类型探伤仪的工作原理,并对高速钢轧辊的自动表面波探伤图谱和探伤标准进行了总结。

　　1　高速钢轧辊探伤特点

　　高速钢轧辊使用高强度锻钢做辊心,允许存在大的残余压应力分布,高速钢轧辊的外层残余压应力为200~300 MPa,比一般轧辊的100~200 MPa要高。与普通轧辊相比,高速钢轧辊更能防止表面裂纹的渗入与传播[1]。为了降低辊耗,目前对于用在精轧F1-3机架的高速钢轧辊,可以允许表面带有残余二次浅裂纹上机使用。由于高速钢轧辊使用上具有这个特点,所以对于高速钢轧辊的探伤,不仅要检测表面是否有裂纹,而且要对裂纹的深度、形态分布等特性进行分析,判断其是否为有害裂纹,从而为磨床操作人员是否继续磨削轧辊提供参考依据。

　　2　自动表面波超声探伤仪

　　2.1　表面波探伤原理

　　表面波[2]是超声波在介质中传播的一种形式,其只在轧辊表面很浅的表层内传播。在其传播过程中遇到裂纹时,一部分声波在裂纹开口处以表面波形式被反射,并沿物体表面返回,一部分声波在表面转折处转变为纵波和横波在物体内部传播,还有一部分声波仍以表面波形式沿裂纹表面向前传播,如图1所示。表面波探伤就是利用表面波的上述特性来探测轧辊表面和近表面的裂纹。

　　2.2　探伤仪系统组成

　　机载表面波探伤仪由机械控制单元、信号处理单元、人机界面和探头4部分组成。机械控制单元主要包括操作面板、欧姆龙PLC、驱动机构和电动机组成,负责控制探伤仪机械臂的移动、耦合介质的开启等动作。信号处理单元包括4通道超声波信号触发模块、放大模块和分析处理模块。人机界面包括工控机和打印机,负责探伤结果的显示、保存等数据管理工作。整个探伤系统的结构如图2所示。

2.3　探头结构

　　探头由周向表面波探头(L-UST)、轴向表面波探头(T-UST)、周向爬行波探头(Cr-UST)和直探头(D-UST)这4部分组成。整个探头布局如图3所示。L探头沿着轧辊周向发射表面波,用于检测辊面轴向分布的表面裂纹。T探头沿着轧辊轴向发射表面波,用于检测辊面周向分布的表面裂纹。Cr探头与垂直方向倾斜82°发射表面波,用于检测轧辊近表向发射表面波,用于检测辊面周向分布的表面裂纹。Cr探头与垂直方向倾斜82°发射表面波,用于检测轧辊近表面裂纹的深度。D探头沿着轧辊垂直方向发射超声波,用于检测轧辊内部(距辊面0.5~80 mm深度范围)裂纹。各探头超声波传播方向如图4所示。